JPS6234538A - 超音波診断装置 - Google Patents
超音波診断装置Info
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- JPS6234538A JPS6234538A JP17309685A JP17309685A JPS6234538A JP S6234538 A JPS6234538 A JP S6234538A JP 17309685 A JP17309685 A JP 17309685A JP 17309685 A JP17309685 A JP 17309685A JP S6234538 A JPS6234538 A JP S6234538A
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Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
[産業上の利用分野]
本発明は超音波診断装置、特に生体内運動部の運動速度
分布を正確に表示することのできる改良された超音波診
断装置に関する。 [従来の技術] 生体内の運動部、例えば心臓等の臓器あるいは循環器並
びに血管内の血流あるいは体液流などの運動速度を測定
するために、従来より超へ波パルスドプラ法が実用化さ
れており、生体内運動部からの反射エコーのドプラ周波
数偏移を検出づることによって運動速度を測定すること
ができる。 この場合、常に変動する反射体からの反射エコーを受信
して迅速な信号処理を行わなければならず、従来では予
め定めた深度におりる限られた特定Inの運動部の運動
速度のみしか求めることができなかった。そのため、生
体両速4す」部の変動に追従した速1立の?liの測定
を行うため各種の装置が開発されているが、例えば超音
波パルスドプラ装置として多数のブpンネルを設
分布を正確に表示することのできる改良された超音波診
断装置に関する。 [従来の技術] 生体内の運動部、例えば心臓等の臓器あるいは循環器並
びに血管内の血流あるいは体液流などの運動速度を測定
するために、従来より超へ波パルスドプラ法が実用化さ
れており、生体内運動部からの反射エコーのドプラ周波
数偏移を検出づることによって運動速度を測定すること
ができる。 この場合、常に変動する反射体からの反射エコーを受信
して迅速な信号処理を行わなければならず、従来では予
め定めた深度におりる限られた特定Inの運動部の運動
速度のみしか求めることができなかった。そのため、生
体両速4す」部の変動に追従した速1立の?liの測定
を行うため各種の装置が開発されているが、例えば超音
波パルスドプラ装置として多数のブpンネルを設
【プ、
これによって所望紹囲の血流速度分布を一度に測定りる
装置がある。 しかし、この装6は狭い帯域(通常数kHz)で構成さ
れているため、高速度でドプラ情報を収集することがで
さず、Bモード走査で血流状態の変化等を観察りること
は国難であり、また多数のヂトンネルを必要とすること
から菰盾の大型化及び高l1llI格イヒをiU <欠
点があった。 そこで、診断部位の所望範囲にJj lJる運動速度分
布を従来より高速度にかつ実時間にて行う装置として、
受信高周波信号を複素信号に変換づる装置が提案され、
これに関づる各種の改良装置が開光されている。 この装置は、生体内から得られた受信高周波信号に対し
て超?[1波パルスビームの送イJ−繰返し周波数の整
数倍の周波数をイ、jしかつUいに複素関係にある一組
の複λ、jJ Il′−信号を混合することによって受
信高周波信号を複素信号に変換し、この受信高周波信号
の複、+: (、”;号の1Q角を求める。この偏角は
生体内運動部の速度を人わづドプラ周波数偏移に対応す
るのぐ、この偏角値から生体内運動部の運動速度分布を
測定することができる。 [発明が解決しようどづる問題点1 従来技術の問題点 しかし’Jから、このJ、うな従来装置では、実時間に
て生体内運動部の運動状態を画作艮示することはでさる
が、測定可能な速度に限界があるという問題があった。 すなわら、1ljll定iiJ能な速度範囲は超音波ビ
ームの送信繰返し周期に)E右され、この送信繰返し周
期を短くしてその周波数を高めることにより高速度の測
定が可能となる。しかし、このよ′うイ1:高い周波数
の超古波は牛体内を送受波−俳る際に生じる減衰が大き
く、このことから生体深部からは良好なSN比を右づる
信シ“Jを1rすることが困難である。従って、超音波
送信繰返し周波数を高めることにも限界があり、運動部
の運動速度分布を正確に測定することができないという
欠点があった。 発明の目的 本発明は前記従来の問題点解決のためになされたもので
あり、ぞの目的は、生体内の運動部の運動速度分布を広
範囲に測定しかつ表示することのできる超音波診断装置
を提供することにある。 [問題点を解決するための手段] 前記目的を達成づるために、本発明(,1、超音波パル
スビームを−・定の繰返し周波数で生体内に送信し反射
波を受信増幅して得られた受信8周波信号を複素信″;
〕に変JIJ!づる複素信号変1条器と、前記複素(c
’i号からドプラ信号の偏角を波体する闘角演算本と、
を含み、生体内運動部の運動速度分布を測定及び表示づ
る超音波診断装置にJりいて、前記?!2木仏号変換器
から得られた2個の?12累イ3号の成分の和及び差を
演Hillる和演算器及び差演算器ど、この和波()誤
出力と差油口器出力との割Qを行う割0器と、から成る
ドプラ信Σコ抽出器が設りられ、このドプラ信号抽出器
にて得られたドプラ信号の偏角から1fIsな運1PI
J速度分布を求めることを特徴とする。 以上のJ、うな構成にJ:れば、ドプラ周波数偏移情報
を含んだB!1rri波受信信号が実数部及び虚数部を
右する複素仁gに変換されるが、この2個の複素信号に
Jjける実数部及び虚数部のそれぞれについての和及び
差が求められ、例えばこの+Jj数部を実数部で割るこ
とにより広範囲周波数におけるドプラ周波数偏移情報を
含lυだドプラ信号が抽出される。 そして、このドプラ信号の偏角を演障づれば広範囲の運
fJJ速度が求められる。すなわち、ドプラ信号の偏角
はドプラ周波数偏移に対応するものであるから、この偏
角の値の大小に、」、って運動部の速度の大小を求める
ことがでさる。 [実施例1 以下図面に基づいて水元用の好適4?実施例を説明する
。 第1図には、本発明に係る超音波診Igi装置が示され
ており、安定な高周波信号を発生する水晶発振3 (O
20)10の出力は分周同期回路12に供給され、この
分周同期回路12によって所望周波敢の各出力信号が得
られる。 これらの出力信号は、超音波パルスビーム送信用の繰返
し周波数信号100、複素変換のための複素1!準信号
102,104、超音波送受信結果の表示を行うための
局引同明信号106及び装置各部の同期作用を行うクロ
ック信号108を含む。 そして、11α記複素基準信@102,104は、送信
用繰返し周波数イム号(又は送信繰返し周期)に同期し
送信バース1へ波のキャリア周波数f。に等しく、かつ
互いに位相がπ/2だげ責なる複素関係をなず信号波形
5in2πf t 、 cos2πrotから成る。 この複素基I(ξ信号102.104は、送信繰返し周
波数信号の整数倍の周波数を有し、送信バースト波のキ
ャリア周波数(fo−ω0/2π)に等しく、かつ互い
に位相がπ/2だけ異なる信号でも実際上問題はない。 前記送信用の繰返し周波数信号100は、送受波制御器
14を介して電子走査用探触子16に供給され、この探
触子16を励振し、超音波パルスビームを被検体70内
に送信する。そして、この被検体70からの反射エコー
は探触子16によって電気信号に変換され、送受波制御
器14から高周波増幅器18へ送られて所Tの増幅作用
が施される。その後に、高周波増幅2A18の出力はB
モードあるいはMモード表示を行うため、検波器20及
びA/D変換器22を介してDSC(デジタル・スキ1
シン・コンバータ)24に供給され、カラーTVモニタ
30で輝度変調され表示される。 なお、前記送受波制御器14は、電気的な角度偏向等の
技術に基づいて前記探触子16から出力される超音波パ
ルスビームで被検体70を周期的に走査し、あるいは所
望の偏向角にて走査を停止する制御などを行う。 本発明において特徴的なことは、受信高周波信号を複素
変換した複素(++nから広範囲の速度情報を有するド
プラ信号を抽出することであり、これによって運動反射
体の正確な速度を求めることである。 従って、本実施例では、まず前記高周波増幅器18の他
方の出力が複素信号変換器32に供給され、複素信号に
変換される。 複素信号変換 この複素信号変換器32は位相検波器を含む一組のミキ
サ34a 、34bを有し、各部Fりにおいて前記受信
高周波信号がそれぞれ前記複本基準信号102,104
と混合されるが、これらの複素基準信号102.10/
lは、前述したように互いにπ/2だけ位相の異なる複
素関係にあるため、各ミー[ザ34からは高周波信号に
対応した複素信号が出力される。 寸なわら、前記ミキサ34は混合検波作用にJ:って入
力された受信高周波信号と曳索基準(、i号5in2π
fot 、 cos2π fotどのそれぞれの和と
差の周波数の信号を出力し、これら両信号が低域通過フ
ィルタ36a 、36bに供給され、差の周波数成分の
みが取り出される。また、このミキ勺34a 、34b
の入力信号である受信高周波信号はドプラ情報を含むパ
ルス波であり、複素基準信号102,104は単一周波
数の連続波である。 従って、上記差の周波数成分にもドプラ情報が含まれる
こととなり、この差の周波数成分を検出することにより
運動部の速度を求めることができる。 以上の信号処理を以下に数式にて説明する。 前記複素基準信号102は、送信用高周波信号の繰返し
周波数r の整数倍の周波数r。を有し(又は送信繰返
し周期に同期してかつ送信用高周波信号の周波数f。と
等しい周波数を右し)、連続波的な信号である。そして
、その振幅を1と1れば、複素10M信号102は、 sinω0[・・・(1) なる正弦波電圧信号にて示される。また、探触子16で
受信される受信高周波信号はその送信周波数を ro(
=ωo/2π)とすれば、sin (ωot+ω、11
) ・・(2)にて示される9、ただし、
ωdはドプラ偏移角周波Z!;である。 次ニ、’ニー AlJ−34a Fは複、g jJ i
uイリ;号102と受仏へ周波信号の積、すなわ’>
(1)式と(2)式との積がとられるが、式を筒中に1
6ため積の2倍である次式にてミ%4J−34aの出カ
イ5弓を表わφ。 Co5(/Jdt −cos(20Jot +−ωd
t) −(3)この出力信号は低域通過フィルタ3
Gaで・、2a)!−ωdの周波数が除去されるので、
フィルり36aの出力仁gは、 cosωdt ・・・(
4)どなる。 また、他方の?l!2累基単仁M104は前記ル索基準
信号102とπ/2だIJ位相が′llなるので、CO
Sωot ・・・(5)
なる余弦、72!電圧信号で示される。 上記と同様に、ミ4す34bの混合検波作用及び低域通
過フィルタ36bの作用によって、フィルタ36bの出
力信号は、 sinωd【 ・・・(
6)なる信号となる。11を記(4)式の信号を実数部
に、イして(6)式の信号を虚数部に対応−「ると、受
イJ1高周波(3号は複メ’+ 4+W号に変換された
ことどなる。 これら自信;3を複本形式/1゛で表わ−と、7r −
cosωL 4 jsinω、 t −(7
)とr3Gノる。 低】υY堡昆V己乞制灸Å 以上のようにして複素変換された複木仏号Zrは、A/
D変1%p38a 、38b によ−)でデジタル信号
に変換され、本実施例では、次段の複素アイレーライン
キI/ンヒラ40に人力される。、な(b、前記Δ2/
[〕変換器38へ(よりロック信号108が供給されて
J3す、1該りfコック信号にJ、るリーンブリングが
行われる。 この複本rイー−ライン4−1?ンレラ40が設けられ
ることににす、生体内の1′+9市部あるいは低速運動
部からの受信イバじを除去しで運動部のみの速度信号を
取り出すことかで・きる。一般に、生体からの例えば血
流信号には血管壁、心臓壁等のほぼ静止している生体組
織からの反)j信号(クラッタ)が混入し、この信号は
血流からの反用信りに比較して通常強大なため血流測定
に著しい妨害を与える。このため、複素ディレーライン
↑ヤンレラ40で運動部からの信号のみを検出すれば、
ドプラ信号の品質を向上させることができる。 この複素fイレーラインキ1!ンセラ40は、繰返し信
号の1周期Tに一致する遅延時間を有するディレーライ
ン42a、42bを備え、各ディレーライン42は1周
期′Fの中に合よれるクロックパルスの数に等しい記憶
素子からなるメモリ又はシフトレジスタにて置き換える
ことができる。 そして、これらディレーライン42a、42bに暢ま、
それぞれ差部t5器44a、44bが接続されており、
差波σ2!i44によってディレーライン42の入力、
寸なわら現時刻の信号と1周期前の信号とを同−深麿に
おいて逐次比較して信号の1周期区間の差を演f1−J
−る。 従って、静1にあるいは低速度の運動部(生体組織)か
らの反)1倍号は現時刻の信号と1周期前の4i号どの
間に変化がなく、あるいは変化が小さいため、差部口器
714の出力は零に近くなる。また、速度の速い、例え
ば血流15号の出力は大きな値として検出され、これに
よって前述したクラッタを確実に抑制づることができる
。 なお、実施例においては、ディレーワインキャンセラ4
0への入力t31デジタル信号であるが、A/D変換器
38a 、38bをなくして低域通過フィルタ36a
、36bの出力信号を直接−fイレーライン−!F p
ンセラ40に入力してアナし]グ信号で処理づることら
できる。この場合には、後述する平均回路60と偏角演
算器62の間にA/D変換器を挿入する必薮がある。 前記ディレーワインキャンセラ40の作用を以下に演C
7式で説帆づる。なお、実施例においては、説明を筒中
にづるために連続波を用いて説明を行う。 ディレーライン42aへの現■、1刻の人力信号をCO
Sωdtで表わすと、1周期前の(ij ’;j sす
なわちディレーライン42aの出力信号は、cosωd
(t−T) で示され、この結宋、差波p器44aの出力信号Xは、 x= cosω (t−T)−CO3ωd【・・・(
8) となる。 また、ディレーライン42bへの現時刻の入力信号をs
inωd[で表わすと、1周期前の信号、ずなわちディ
レーライン42bの出力信号は、Sinωd(t−r) で示され、この結果、差部tAiZ44bの出力信号y
は、 V= S!nωd(j T) S!nωdj・・・
(9) となる。 以上のようにして、各差部n器/14a 、44bの出
力には、それぞれx、■なる信号が出力される。この信
号は、静止部及び低速運動部からの反射エコー信号が除
人されたらのとなる。 ドプラ信号抽出 次に、本発明の特徴事項であるドプラ信号抽出について
説明づる。 ドプラ信号の抽出はドプラ信号抽出器46にて行われ、
このドプラ信号抽出器46はディレーライン48a 、
48bと和演算器50a及び差波免器50bと割算器5
2から構成されている。そして、複素ディレーラインキ
ャンゼラ/IOから出力される信号X (実数部を表わ
す)はディレーライン48aに、また信号y (虚数部
を表わす)はフ゛イレーライン48bに供給され、それ
ぞれ和波痒器50aと差波Q器50bに人力される。 この和演算器50aでは、1周明遅れた信R×を同0.
1に人力し、これら2つの信号の和を演停し、他方の差
演算器50bでは、同様に1周期dれた信号yが入力さ
れ2個の信号の差がFAoされる。 そして、これら和演算器’、+ (’4 、’j及び差
演算器50bの出力は割n器52に供給され、実数部を
表わす和波口蔦出力を虚数部を表わす差部の器出力で割
算している。この割W器52の出力は広範囲の速度情報
を有するドプラ信号であり、これによって運動部の正確
な速度を求めることができる。以下に数式にてこのドプ
ラ信号を得るための過程を説明する。 前記ディレーライン48aへの現時刻の入力信号を前記
(8)式とすると、1周期前の信号、すなわちディレー
ライン48aの出力信号は、で示される。この結果、和
演算器50aの出力信号Xは、 ■ = 431nωd() ・Sfnωd(j−T)丁 −C0I)d(−7) −(10) とt【る。 また、ディレーライン48bへの現ロー刻の入力信号を
前記(9)式とすると、1周期前の信号、すなわちディ
レーライン48bの出力信号は、で示される。この結果
、差波暫)器50bの出力信号Yは、 ■ = 4sinωd() ” Slnω6 (j−T)
■ −3!n″)d(T) −(il) となる。そして、出力信号X、Yの割Cンが割算器52
で行われるが、この割C7蔦52の出ノjをドプラ信号
Sで表わすと、次式にて示される。 一 −− X 43!nωd(−) ・ S!nωd(t−T)■ 4sinωd(=)・ sinω、 (t−T)■ ■ cosωd(−−) ■ このようにして1gられたドブライ3号Sは従来に比し
て広範囲の速度情報を有するドプラ信号であり、このこ
とについては後述するが、このυ07器52の出力信号
には信号の変動成分や装置から発生する雑音成分を含む
ので、これら成分を除去するため平均回路6oが設けら
れる。 づなわち、この平均回路60は、ディレーライン56に
て1周期H延した出ツノを現げ・−刻の入力信号に加算
器54にて加をンし、再びこの出力をディレーライン5
6に供給する操作を繰り返り−1しかし、単にこのP2
作を繰り返しでいくど、加算回数の増加に伴って加算器
の出力飴が逐次増大し、ついには飽和する。そこで、千
み付き回路58が設りられ、出力を減負させて入ツノど
加C’f 1Jる。この場合、減衰量をαとVると、現
時刻の信号より、例えば10周期前の信号はα10だ1
づ減衰して現時刻の信号に加粋されるので、出力に与え
る影響度が小さくなり、低域−ノイルタや移動平均回路
と同様4T平均は能を果たづことが可能となる。また、
組付ぎ回路58の車み付き開を変えることにより、平均
化の度合いを変更Jることが可能である。 従って、平均回路60から出力されるドプラ信号の平均
1(i E;は、 ■ H= tanωd(−) =−(
13)となる。 そして、平均回路60の出力は一角演Q器62に供給さ
れ、ドプラ信号Sの偏角θが次式にて求められる。 ・・・(14) このようにして得られた偏角演算器62の出力である偏
角θは、送信繰返し周期Tが定数であるから、ドプラ偏
移周波数「d (=ωd/2π)に比例することが理解
され、従って偏角Oは血流速度に比例することとなる。 また、偏角θはそれぞれ正及び負の値をとるので、±π
/2の間だけ測定可能である。更に、ドプラ仁号抽出鼎
46内の信ViX r Yの符S二を判別ずれば、±π
まで偏角θを測定することが可能となり、これによって
、運動速度の方向を知ることができる。 ここで、本発明にて得られるドプラ信号と従来の装置に
おいて得られるドプラ信号どのドプラ偏移周波数範囲を
比較する。 従来装置にa−3いて、本実施例で用いられる複素信号
変換器32と同様な装置を用いてドプラ偏移周波数rd
(−ωd/2π)を検出した場合には、ドプラ偏移周波
数を含む最終的なドプラ信号So′は次式にて求められ
る。 3D= = −= janωd−T =tan2π
rdT× 従って、ドプラ偏移周波数[dは、 で示される。ただし、frp(= 1./T )は送
信繰返し周波数どする。 この場合、上式tan−’(y/ x) (本発明の肩
角に対応する)の測定範囲は、−π/2−・π/2まで
の間である。づなわら、この範囲は折返し現象が発!ト
しない範囲である。従って、測定可能なドプラ偏移周波
数の範囲は、従来では次式で表わされる範囲となる。 また、従来装置においζ、 Jil+定可能な周波数範
囲を広げるため複素信号変換器32の出力である信号X
とyの符号を判別ザることが行われるが、これはV/X
の値がどの象限に属するかを決定することにJ:って、
tan−1(y/ x)の(的を一π〜πの範囲で一義
的に定めることができる。従って、この場合の測定可能
1zドプラ備移周波数範囲は次式%式% これに対して、本発明では前述したドプラ信号S、が最
終的なドプラ信号として前述の(12)式から次のよう
に表わされる。 ■ 3 − tanωd= jan7r 1dT従っ
て、折返し現象が発生しない測定可能なドプラ偏移周波
数範囲は、 となる。ここで、前述の(15)とこの(16)式を比
較すると、(15)式は符号を判別して周波数範囲を2
イ8に拡大した場合のドプラ偏移周波数範囲であるから
、本発明にJ3いて測定可能なドプラ偏移周波数範囲を
2イ8に拡大したことが理解される。この結果、生体内
運動部の広範囲の速度分布をiqることがでさ、診断に
有益な速度情報を提供することが可能となる。 また、本発明においては、図に示されるカラーTVモニ
タ30にて運動方向を異なる色で識別することができる
。例えば正の速度を赤、負の速度を青、そして静止して
いる組織からの反射エコーを白で表示ずれば、1体内の
相識114造、血流の方向速度情報を同時に表示し、極
めて高密度の診断情報を提供することができる。 [発明の効果1 以上説明したJ:うに、本発明によれば、ドプラ信号抽
出器を設けて広範囲の速度情報を右するドプラ信号を得
るようにしたので、生体内運動部の運動速度分布の測定
能力を約2倍に向上することができ、正確な速度測定が
’1TIQjどなる。 また、本発明t、1超音波ビーム軸に沿った送受信超音
波パルスビームの通過線上にある生体内の運動部の運動
速度分布、例えば血流速度分布を連続的に求めることが
できる装置であるので、動きのある部分に対して極めて
正確な診断情報を得ることができ、この時の偏角演算処
理のための遅れ時間は送信繰返し周期の整数倍の遅れ1
.1間のみであるため、実質的に実時間でこれらの分布
を表示することかできる。
これによって所望紹囲の血流速度分布を一度に測定りる
装置がある。 しかし、この装6は狭い帯域(通常数kHz)で構成さ
れているため、高速度でドプラ情報を収集することがで
さず、Bモード走査で血流状態の変化等を観察りること
は国難であり、また多数のヂトンネルを必要とすること
から菰盾の大型化及び高l1llI格イヒをiU <欠
点があった。 そこで、診断部位の所望範囲にJj lJる運動速度分
布を従来より高速度にかつ実時間にて行う装置として、
受信高周波信号を複素信号に変換づる装置が提案され、
これに関づる各種の改良装置が開光されている。 この装置は、生体内から得られた受信高周波信号に対し
て超?[1波パルスビームの送イJ−繰返し周波数の整
数倍の周波数をイ、jしかつUいに複素関係にある一組
の複λ、jJ Il′−信号を混合することによって受
信高周波信号を複素信号に変換し、この受信高周波信号
の複、+: (、”;号の1Q角を求める。この偏角は
生体内運動部の速度を人わづドプラ周波数偏移に対応す
るのぐ、この偏角値から生体内運動部の運動速度分布を
測定することができる。 [発明が解決しようどづる問題点1 従来技術の問題点 しかし’Jから、このJ、うな従来装置では、実時間に
て生体内運動部の運動状態を画作艮示することはでさる
が、測定可能な速度に限界があるという問題があった。 すなわら、1ljll定iiJ能な速度範囲は超音波ビ
ームの送信繰返し周期に)E右され、この送信繰返し周
期を短くしてその周波数を高めることにより高速度の測
定が可能となる。しかし、このよ′うイ1:高い周波数
の超古波は牛体内を送受波−俳る際に生じる減衰が大き
く、このことから生体深部からは良好なSN比を右づる
信シ“Jを1rすることが困難である。従って、超音波
送信繰返し周波数を高めることにも限界があり、運動部
の運動速度分布を正確に測定することができないという
欠点があった。 発明の目的 本発明は前記従来の問題点解決のためになされたもので
あり、ぞの目的は、生体内の運動部の運動速度分布を広
範囲に測定しかつ表示することのできる超音波診断装置
を提供することにある。 [問題点を解決するための手段] 前記目的を達成づるために、本発明(,1、超音波パル
スビームを−・定の繰返し周波数で生体内に送信し反射
波を受信増幅して得られた受信8周波信号を複素信″;
〕に変JIJ!づる複素信号変1条器と、前記複素(c
’i号からドプラ信号の偏角を波体する闘角演算本と、
を含み、生体内運動部の運動速度分布を測定及び表示づ
る超音波診断装置にJりいて、前記?!2木仏号変換器
から得られた2個の?12累イ3号の成分の和及び差を
演Hillる和演算器及び差演算器ど、この和波()誤
出力と差油口器出力との割Qを行う割0器と、から成る
ドプラ信Σコ抽出器が設りられ、このドプラ信号抽出器
にて得られたドプラ信号の偏角から1fIsな運1PI
J速度分布を求めることを特徴とする。 以上のJ、うな構成にJ:れば、ドプラ周波数偏移情報
を含んだB!1rri波受信信号が実数部及び虚数部を
右する複素仁gに変換されるが、この2個の複素信号に
Jjける実数部及び虚数部のそれぞれについての和及び
差が求められ、例えばこの+Jj数部を実数部で割るこ
とにより広範囲周波数におけるドプラ周波数偏移情報を
含lυだドプラ信号が抽出される。 そして、このドプラ信号の偏角を演障づれば広範囲の運
fJJ速度が求められる。すなわち、ドプラ信号の偏角
はドプラ周波数偏移に対応するものであるから、この偏
角の値の大小に、」、って運動部の速度の大小を求める
ことがでさる。 [実施例1 以下図面に基づいて水元用の好適4?実施例を説明する
。 第1図には、本発明に係る超音波診Igi装置が示され
ており、安定な高周波信号を発生する水晶発振3 (O
20)10の出力は分周同期回路12に供給され、この
分周同期回路12によって所望周波敢の各出力信号が得
られる。 これらの出力信号は、超音波パルスビーム送信用の繰返
し周波数信号100、複素変換のための複素1!準信号
102,104、超音波送受信結果の表示を行うための
局引同明信号106及び装置各部の同期作用を行うクロ
ック信号108を含む。 そして、11α記複素基準信@102,104は、送信
用繰返し周波数イム号(又は送信繰返し周期)に同期し
送信バース1へ波のキャリア周波数f。に等しく、かつ
互いに位相がπ/2だげ責なる複素関係をなず信号波形
5in2πf t 、 cos2πrotから成る。 この複素基I(ξ信号102.104は、送信繰返し周
波数信号の整数倍の周波数を有し、送信バースト波のキ
ャリア周波数(fo−ω0/2π)に等しく、かつ互い
に位相がπ/2だけ異なる信号でも実際上問題はない。 前記送信用の繰返し周波数信号100は、送受波制御器
14を介して電子走査用探触子16に供給され、この探
触子16を励振し、超音波パルスビームを被検体70内
に送信する。そして、この被検体70からの反射エコー
は探触子16によって電気信号に変換され、送受波制御
器14から高周波増幅器18へ送られて所Tの増幅作用
が施される。その後に、高周波増幅2A18の出力はB
モードあるいはMモード表示を行うため、検波器20及
びA/D変換器22を介してDSC(デジタル・スキ1
シン・コンバータ)24に供給され、カラーTVモニタ
30で輝度変調され表示される。 なお、前記送受波制御器14は、電気的な角度偏向等の
技術に基づいて前記探触子16から出力される超音波パ
ルスビームで被検体70を周期的に走査し、あるいは所
望の偏向角にて走査を停止する制御などを行う。 本発明において特徴的なことは、受信高周波信号を複素
変換した複素(++nから広範囲の速度情報を有するド
プラ信号を抽出することであり、これによって運動反射
体の正確な速度を求めることである。 従って、本実施例では、まず前記高周波増幅器18の他
方の出力が複素信号変換器32に供給され、複素信号に
変換される。 複素信号変換 この複素信号変換器32は位相検波器を含む一組のミキ
サ34a 、34bを有し、各部Fりにおいて前記受信
高周波信号がそれぞれ前記複本基準信号102,104
と混合されるが、これらの複素基準信号102.10/
lは、前述したように互いにπ/2だけ位相の異なる複
素関係にあるため、各ミー[ザ34からは高周波信号に
対応した複素信号が出力される。 寸なわら、前記ミキサ34は混合検波作用にJ:って入
力された受信高周波信号と曳索基準(、i号5in2π
fot 、 cos2π fotどのそれぞれの和と
差の周波数の信号を出力し、これら両信号が低域通過フ
ィルタ36a 、36bに供給され、差の周波数成分の
みが取り出される。また、このミキ勺34a 、34b
の入力信号である受信高周波信号はドプラ情報を含むパ
ルス波であり、複素基準信号102,104は単一周波
数の連続波である。 従って、上記差の周波数成分にもドプラ情報が含まれる
こととなり、この差の周波数成分を検出することにより
運動部の速度を求めることができる。 以上の信号処理を以下に数式にて説明する。 前記複素基準信号102は、送信用高周波信号の繰返し
周波数r の整数倍の周波数r。を有し(又は送信繰返
し周期に同期してかつ送信用高周波信号の周波数f。と
等しい周波数を右し)、連続波的な信号である。そして
、その振幅を1と1れば、複素10M信号102は、 sinω0[・・・(1) なる正弦波電圧信号にて示される。また、探触子16で
受信される受信高周波信号はその送信周波数を ro(
=ωo/2π)とすれば、sin (ωot+ω、11
) ・・(2)にて示される9、ただし、
ωdはドプラ偏移角周波Z!;である。 次ニ、’ニー AlJ−34a Fは複、g jJ i
uイリ;号102と受仏へ周波信号の積、すなわ’>
(1)式と(2)式との積がとられるが、式を筒中に1
6ため積の2倍である次式にてミ%4J−34aの出カ
イ5弓を表わφ。 Co5(/Jdt −cos(20Jot +−ωd
t) −(3)この出力信号は低域通過フィルタ3
Gaで・、2a)!−ωdの周波数が除去されるので、
フィルり36aの出力仁gは、 cosωdt ・・・(
4)どなる。 また、他方の?l!2累基単仁M104は前記ル索基準
信号102とπ/2だIJ位相が′llなるので、CO
Sωot ・・・(5)
なる余弦、72!電圧信号で示される。 上記と同様に、ミ4す34bの混合検波作用及び低域通
過フィルタ36bの作用によって、フィルタ36bの出
力信号は、 sinωd【 ・・・(
6)なる信号となる。11を記(4)式の信号を実数部
に、イして(6)式の信号を虚数部に対応−「ると、受
イJ1高周波(3号は複メ’+ 4+W号に変換された
ことどなる。 これら自信;3を複本形式/1゛で表わ−と、7r −
cosωL 4 jsinω、 t −(7
)とr3Gノる。 低】υY堡昆V己乞制灸Å 以上のようにして複素変換された複木仏号Zrは、A/
D変1%p38a 、38b によ−)でデジタル信号
に変換され、本実施例では、次段の複素アイレーライン
キI/ンヒラ40に人力される。、な(b、前記Δ2/
[〕変換器38へ(よりロック信号108が供給されて
J3す、1該りfコック信号にJ、るリーンブリングが
行われる。 この複本rイー−ライン4−1?ンレラ40が設けられ
ることににす、生体内の1′+9市部あるいは低速運動
部からの受信イバじを除去しで運動部のみの速度信号を
取り出すことかで・きる。一般に、生体からの例えば血
流信号には血管壁、心臓壁等のほぼ静止している生体組
織からの反)j信号(クラッタ)が混入し、この信号は
血流からの反用信りに比較して通常強大なため血流測定
に著しい妨害を与える。このため、複素ディレーライン
↑ヤンレラ40で運動部からの信号のみを検出すれば、
ドプラ信号の品質を向上させることができる。 この複素fイレーラインキ1!ンセラ40は、繰返し信
号の1周期Tに一致する遅延時間を有するディレーライ
ン42a、42bを備え、各ディレーライン42は1周
期′Fの中に合よれるクロックパルスの数に等しい記憶
素子からなるメモリ又はシフトレジスタにて置き換える
ことができる。 そして、これらディレーライン42a、42bに暢ま、
それぞれ差部t5器44a、44bが接続されており、
差波σ2!i44によってディレーライン42の入力、
寸なわら現時刻の信号と1周期前の信号とを同−深麿に
おいて逐次比較して信号の1周期区間の差を演f1−J
−る。 従って、静1にあるいは低速度の運動部(生体組織)か
らの反)1倍号は現時刻の信号と1周期前の4i号どの
間に変化がなく、あるいは変化が小さいため、差部口器
714の出力は零に近くなる。また、速度の速い、例え
ば血流15号の出力は大きな値として検出され、これに
よって前述したクラッタを確実に抑制づることができる
。 なお、実施例においては、ディレーワインキャンセラ4
0への入力t31デジタル信号であるが、A/D変換器
38a 、38bをなくして低域通過フィルタ36a
、36bの出力信号を直接−fイレーライン−!F p
ンセラ40に入力してアナし]グ信号で処理づることら
できる。この場合には、後述する平均回路60と偏角演
算器62の間にA/D変換器を挿入する必薮がある。 前記ディレーワインキャンセラ40の作用を以下に演C
7式で説帆づる。なお、実施例においては、説明を筒中
にづるために連続波を用いて説明を行う。 ディレーライン42aへの現■、1刻の人力信号をCO
Sωdtで表わすと、1周期前の(ij ’;j sす
なわちディレーライン42aの出力信号は、cosωd
(t−T) で示され、この結宋、差波p器44aの出力信号Xは、 x= cosω (t−T)−CO3ωd【・・・(
8) となる。 また、ディレーライン42bへの現時刻の入力信号をs
inωd[で表わすと、1周期前の信号、ずなわちディ
レーライン42bの出力信号は、Sinωd(t−r) で示され、この結果、差部tAiZ44bの出力信号y
は、 V= S!nωd(j T) S!nωdj・・・
(9) となる。 以上のようにして、各差部n器/14a 、44bの出
力には、それぞれx、■なる信号が出力される。この信
号は、静止部及び低速運動部からの反射エコー信号が除
人されたらのとなる。 ドプラ信号抽出 次に、本発明の特徴事項であるドプラ信号抽出について
説明づる。 ドプラ信号の抽出はドプラ信号抽出器46にて行われ、
このドプラ信号抽出器46はディレーライン48a 、
48bと和演算器50a及び差波免器50bと割算器5
2から構成されている。そして、複素ディレーラインキ
ャンゼラ/IOから出力される信号X (実数部を表わ
す)はディレーライン48aに、また信号y (虚数部
を表わす)はフ゛イレーライン48bに供給され、それ
ぞれ和波痒器50aと差波Q器50bに人力される。 この和演算器50aでは、1周明遅れた信R×を同0.
1に人力し、これら2つの信号の和を演停し、他方の差
演算器50bでは、同様に1周期dれた信号yが入力さ
れ2個の信号の差がFAoされる。 そして、これら和演算器’、+ (’4 、’j及び差
演算器50bの出力は割n器52に供給され、実数部を
表わす和波口蔦出力を虚数部を表わす差部の器出力で割
算している。この割W器52の出力は広範囲の速度情報
を有するドプラ信号であり、これによって運動部の正確
な速度を求めることができる。以下に数式にてこのドプ
ラ信号を得るための過程を説明する。 前記ディレーライン48aへの現時刻の入力信号を前記
(8)式とすると、1周期前の信号、すなわちディレー
ライン48aの出力信号は、で示される。この結果、和
演算器50aの出力信号Xは、 ■ = 431nωd() ・Sfnωd(j−T)丁 −C0I)d(−7) −(10) とt【る。 また、ディレーライン48bへの現ロー刻の入力信号を
前記(9)式とすると、1周期前の信号、すなわちディ
レーライン48bの出力信号は、で示される。この結果
、差波暫)器50bの出力信号Yは、 ■ = 4sinωd() ” Slnω6 (j−T)
■ −3!n″)d(T) −(il) となる。そして、出力信号X、Yの割Cンが割算器52
で行われるが、この割C7蔦52の出ノjをドプラ信号
Sで表わすと、次式にて示される。 一 −− X 43!nωd(−) ・ S!nωd(t−T)■ 4sinωd(=)・ sinω、 (t−T)■ ■ cosωd(−−) ■ このようにして1gられたドブライ3号Sは従来に比し
て広範囲の速度情報を有するドプラ信号であり、このこ
とについては後述するが、このυ07器52の出力信号
には信号の変動成分や装置から発生する雑音成分を含む
ので、これら成分を除去するため平均回路6oが設けら
れる。 づなわち、この平均回路60は、ディレーライン56に
て1周期H延した出ツノを現げ・−刻の入力信号に加算
器54にて加をンし、再びこの出力をディレーライン5
6に供給する操作を繰り返り−1しかし、単にこのP2
作を繰り返しでいくど、加算回数の増加に伴って加算器
の出力飴が逐次増大し、ついには飽和する。そこで、千
み付き回路58が設りられ、出力を減負させて入ツノど
加C’f 1Jる。この場合、減衰量をαとVると、現
時刻の信号より、例えば10周期前の信号はα10だ1
づ減衰して現時刻の信号に加粋されるので、出力に与え
る影響度が小さくなり、低域−ノイルタや移動平均回路
と同様4T平均は能を果たづことが可能となる。また、
組付ぎ回路58の車み付き開を変えることにより、平均
化の度合いを変更Jることが可能である。 従って、平均回路60から出力されるドプラ信号の平均
1(i E;は、 ■ H= tanωd(−) =−(
13)となる。 そして、平均回路60の出力は一角演Q器62に供給さ
れ、ドプラ信号Sの偏角θが次式にて求められる。 ・・・(14) このようにして得られた偏角演算器62の出力である偏
角θは、送信繰返し周期Tが定数であるから、ドプラ偏
移周波数「d (=ωd/2π)に比例することが理解
され、従って偏角Oは血流速度に比例することとなる。 また、偏角θはそれぞれ正及び負の値をとるので、±π
/2の間だけ測定可能である。更に、ドプラ仁号抽出鼎
46内の信ViX r Yの符S二を判別ずれば、±π
まで偏角θを測定することが可能となり、これによって
、運動速度の方向を知ることができる。 ここで、本発明にて得られるドプラ信号と従来の装置に
おいて得られるドプラ信号どのドプラ偏移周波数範囲を
比較する。 従来装置にa−3いて、本実施例で用いられる複素信号
変換器32と同様な装置を用いてドプラ偏移周波数rd
(−ωd/2π)を検出した場合には、ドプラ偏移周波
数を含む最終的なドプラ信号So′は次式にて求められ
る。 3D= = −= janωd−T =tan2π
rdT× 従って、ドプラ偏移周波数[dは、 で示される。ただし、frp(= 1./T )は送
信繰返し周波数どする。 この場合、上式tan−’(y/ x) (本発明の肩
角に対応する)の測定範囲は、−π/2−・π/2まで
の間である。づなわら、この範囲は折返し現象が発!ト
しない範囲である。従って、測定可能なドプラ偏移周波
数の範囲は、従来では次式で表わされる範囲となる。 また、従来装置においζ、 Jil+定可能な周波数範
囲を広げるため複素信号変換器32の出力である信号X
とyの符号を判別ザることが行われるが、これはV/X
の値がどの象限に属するかを決定することにJ:って、
tan−1(y/ x)の(的を一π〜πの範囲で一義
的に定めることができる。従って、この場合の測定可能
1zドプラ備移周波数範囲は次式%式% これに対して、本発明では前述したドプラ信号S、が最
終的なドプラ信号として前述の(12)式から次のよう
に表わされる。 ■ 3 − tanωd= jan7r 1dT従っ
て、折返し現象が発生しない測定可能なドプラ偏移周波
数範囲は、 となる。ここで、前述の(15)とこの(16)式を比
較すると、(15)式は符号を判別して周波数範囲を2
イ8に拡大した場合のドプラ偏移周波数範囲であるから
、本発明にJ3いて測定可能なドプラ偏移周波数範囲を
2イ8に拡大したことが理解される。この結果、生体内
運動部の広範囲の速度分布をiqることがでさ、診断に
有益な速度情報を提供することが可能となる。 また、本発明においては、図に示されるカラーTVモニ
タ30にて運動方向を異なる色で識別することができる
。例えば正の速度を赤、負の速度を青、そして静止して
いる組織からの反射エコーを白で表示ずれば、1体内の
相識114造、血流の方向速度情報を同時に表示し、極
めて高密度の診断情報を提供することができる。 [発明の効果1 以上説明したJ:うに、本発明によれば、ドプラ信号抽
出器を設けて広範囲の速度情報を右するドプラ信号を得
るようにしたので、生体内運動部の運動速度分布の測定
能力を約2倍に向上することができ、正確な速度測定が
’1TIQjどなる。 また、本発明t、1超音波ビーム軸に沿った送受信超音
波パルスビームの通過線上にある生体内の運動部の運動
速度分布、例えば血流速度分布を連続的に求めることが
できる装置であるので、動きのある部分に対して極めて
正確な診断情報を得ることができ、この時の偏角演算処
理のための遅れ時間は送信繰返し周期の整数倍の遅れ1
.1間のみであるため、実質的に実時間でこれらの分布
を表示することかできる。
第1図は本発明に係る超音波診断装置の好適な実施例を
示すブロック図である。 10 ・・・ 水晶発信器(O20) 12 ・・・ 分周同期回路 16 ・・・ 探触子 30 ・・・ カラーTVモニタ 32 ・・・ 複素信号変19!器 34a、34b ・・・ ミキサ 36a 、36b ・・・ 低域フィルタ40 ・・
・ 複素ディレーラインキトンセラ42a、42b
・・・ ディレーライン44a、44b −−・
差波n346 ・・・ ドプラに+号抽出器 48a、48t) ・・・ ディレーライン50a
・・・ 和演算器 50b ・・・ 差演算器 52 ・・・ 割算器 60 ・・・ 平均回路 100 ・・・ 繰返し周波数信号 102.10/l ・・・ 複素基準信号106 ・
・・ h1重量別信号 108 ・・・ クロック信号。
示すブロック図である。 10 ・・・ 水晶発信器(O20) 12 ・・・ 分周同期回路 16 ・・・ 探触子 30 ・・・ カラーTVモニタ 32 ・・・ 複素信号変19!器 34a、34b ・・・ ミキサ 36a 、36b ・・・ 低域フィルタ40 ・・
・ 複素ディレーラインキトンセラ42a、42b
・・・ ディレーライン44a、44b −−・
差波n346 ・・・ ドプラに+号抽出器 48a、48t) ・・・ ディレーライン50a
・・・ 和演算器 50b ・・・ 差演算器 52 ・・・ 割算器 60 ・・・ 平均回路 100 ・・・ 繰返し周波数信号 102.10/l ・・・ 複素基準信号106 ・
・・ h1重量別信号 108 ・・・ クロック信号。
Claims (3)
- (1)超音波パルスビームを一定の繰返し周波数で生体
内に送信し反射波を受信増幅して得られた受信高周波信
号を複素信号に変換する複素信号変換器と、前記複素信
号からドプラ信号の偏角を演算する偏角演算器と、を含
み、生体内運動部の運動速度分布を測定及び表示する超
音波診断装置において、前記複素信号変換器から得られ
た2個の複素信号の成分の和及び差を演算する和演算器
及び差演算器と、この和演算器出力と差演算器出力との
割算を行う割算器と、から成るドプラ信号抽出器が設け
られ、このドプラ信号抽出器にて得られたドプラ信号の
偏角から正確な運動速度分布を求めることを特徴とする
超音波診断装置。 - (2)特許請求の範囲(1)記載の装置において、複素
信号から生体内の低速運動部の信号を除去する複素ディ
レーラインキャンセラが設けられていることを特徴とす
る超音波診断装置。 - (3)特許請求の範囲(1)、(2)記載の装置におい
て、ドプラ信号抽出器の出力信号の変動成分又は装置か
ら発生する雑音成分を除去するための平均回路が設けら
れていることを特徴とする超音波診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17309685A JPH0228972B2 (ja) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Choonpashindansochi |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17309685A JPH0228972B2 (ja) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Choonpashindansochi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6234538A true JPS6234538A (ja) | 1987-02-14 |
| JPH0228972B2 JPH0228972B2 (ja) | 1990-06-27 |
Family
ID=15954114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17309685A Expired - Lifetime JPH0228972B2 (ja) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Choonpashindansochi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0228972B2 (ja) |
-
1985
- 1985-08-08 JP JP17309685A patent/JPH0228972B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0228972B2 (ja) | 1990-06-27 |
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